直流電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì) 論文 題目 題目 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系 院 系 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化自動(dòng)化 學(xué)學(xué) 號(hào) 號(hào) 學(xué)生姓名 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)教師 起止時(shí)間 起止時(shí)間 課程設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)及評(píng)語(yǔ) 院 系 電氣工程學(xué)院 教研室 自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)班級(jí)自動(dòng)化 課程設(shè)計(jì) 題目 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì) 論文 任務(wù) 課題完成的功能 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 技術(shù)參數(shù)課題完成的功能 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 技術(shù)參數(shù) 實(shí)現(xiàn)功能 直流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件 廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中 本設(shè)計(jì)要求采用單 片機(jī)作為控制芯片 控制算法采用常規(guī)的 PID 控制 加上相應(yīng)的輸入輸出通 道 構(gòu)成一個(gè)單閉環(huán)控制系統(tǒng) 使電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行 并實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)速值 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1 確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 包括單片機(jī)的選擇 輸入輸出通道 鍵盤(pán)顯示電 路 2 建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 3 推導(dǎo) PID 控制算式 設(shè)計(jì) PID 算法的程序流程圖或程序清單 4 仿真研究 驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果 5 撰寫(xiě) 打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)在 4000 字以上 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 電機(jī)參數(shù) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 額定電壓 36V 額定功率 2 2KW 額定轉(zhuǎn) 速 2000 轉(zhuǎn) 分 設(shè)計(jì)指標(biāo) 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)最大超調(diào)量小于 20 進(jìn)度計(jì)劃 布置任務(wù) 查閱資料 確定系統(tǒng)方案 1 天 被控對(duì)象建模 1 天 算法推導(dǎo) 程序設(shè)計(jì) 3 天 仿真研究 2 天 撰寫(xiě) 打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 天 答辯 1 天 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 平時(shí) 論文質(zhì)量 答辯 總成績(jī) 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 V 摘 要 在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制占有至關(guān)重要的作用 其控制算法和手段有 很多 模擬PID控制是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一 長(zhǎng)期以來(lái)形成了典型的結(jié)構(gòu) 并且參數(shù)整定方便 能夠滿(mǎn)足一般控制的要求 但由于在模擬PID 控制系統(tǒng)中 參數(shù)一旦整定好后 在整個(gè)控制過(guò)程中都是固定不變的 而在實(shí)際中 由于現(xiàn)場(chǎng)的 系統(tǒng)參數(shù) 溫度等條件發(fā)生變化 使系統(tǒng)很難達(dá)到最佳的控制效果 因此采用模擬 PID控制器難以獲得滿(mǎn)意的控制效果 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與智能控制理論的發(fā)展 數(shù) 字PID技術(shù)漸漸發(fā)展起來(lái) 它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬PID所完成的控制任務(wù) 而且具 備控制算法靈活 可靠性高等優(yōu)點(diǎn) 應(yīng)用面越來(lái)越廣 本文章介紹了由 51 單片機(jī)以及直流電機(jī) 矩陣鍵盤(pán) LCD 和傳感器構(gòu)成的轉(zhuǎn) 速閉環(huán)控制系統(tǒng) 其中傳感器負(fù)責(zé)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量 并將測(cè)量的結(jié)果反饋給控 制中心 并由控制中心將之與設(shè)定值進(jìn)行比較得到偏差 再由偏差產(chǎn)生直接控制作 用去消除偏差 文章不但介紹了基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 還涉及了 硬件設(shè)計(jì)方法 文中介紹系統(tǒng)不但可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制 還有無(wú)人值守 自動(dòng)調(diào)速功 能 關(guān)鍵詞 直流電機(jī) 閉環(huán)控制 單片機(jī) 矩陣鍵盤(pán) LCD VI 目 錄 第 1 章 緒論 1 第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案 2 2 1 概述 2 2 2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 2 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 3 3 1 控制器 3 3 2 測(cè)速發(fā)電機(jī) 3 3 3 A D 轉(zhuǎn)換和 D A 轉(zhuǎn)換器 3 3 4 晶閘管整流控壓 4 3 5 鍵盤(pán)模塊 5 3 6 顯示器 6 3 7 整體結(jié)構(gòu)原理圖 7 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 8 4 1 主流程設(shè)計(jì) 8 4 2 按鍵功能部分 9 4 3 PID 控制部分 9 4 4 參數(shù)確認(rèn) 10 4 5 LCD 顯示部分 11 第 5 章 實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果 12 第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 13 參考文獻(xiàn) 14 部分程序 15 1 第 1 章 緒論 直流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中需要有專(zhuān)門(mén)的可控直流電源 常用的可控直流電源有以下 幾種 第一 最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動(dòng)機(jī)電樞供電 通 過(guò)改變電樞回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速 這種方法簡(jiǎn)單易行 設(shè)備制造方便 價(jià)格低 廉 但缺點(diǎn)是效率低 不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速 所以目前極少采用 第二 三 十年代末 出現(xiàn)了發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī) 也稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)變流組 配合采用磁放大器 電機(jī) 擴(kuò)大機(jī) 閘流管等控制器件 可獲得優(yōu)良的調(diào)速性能 如有較寬的調(diào)速范圍 十比一 至數(shù)十比一 較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等 特別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速時(shí) 可以通過(guò) 發(fā)電機(jī)非常容易地將電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量反饋給電網(wǎng) 這樣 一方面可得到平滑 的制動(dòng)特性 另一方面又可減少能量的損耗 提高效率 但發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系 統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是需要增加兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵(lì)磁設(shè)備 因而體積設(shè)備較多 體積大 費(fèi)用高 效率低 安裝需要地基 運(yùn)行有噪聲 維修 困難等 第三 自出現(xiàn)汞弧變流器后 利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)系 統(tǒng) 使調(diào)速性能指標(biāo)又進(jìn)一步提高 特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)不能比擬的 但是汞弧變流器仍存在一些缺點(diǎn) 維修還是不太方便 特別是水銀 蒸汽對(duì)維護(hù)人員會(huì)造成一定的危害等 第四 1957 年 世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管 與其它變流元件相比 晶閘管具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性 因而晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)立 即顯示出強(qiáng)大的生命力 由于它具有體積小 響應(yīng)快 工作可靠 壽命長(zhǎng) 維修簡(jiǎn) 便等一系列優(yōu)點(diǎn) 采用晶閘管供電 不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上和可靠性有所 提高 而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性 晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在 10000 以上 比機(jī)組 放大倍數(shù) 10 高 1000 倍 比汞弧變流器 1000 高 10 倍 在快速響 應(yīng)性上 機(jī)組是秒級(jí) 而晶閘管變流裝置為毫秒級(jí) 因此 目前在直流調(diào)速系統(tǒng)中 除某些特大容量的設(shè)備而且供電電路容量較小的情況下 仍有采用機(jī)組供電 晶閘 管勵(lì)磁系統(tǒng)以外 幾乎絕大部分都已改用晶閘管相控整流供電了 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展 微機(jī)功能的不斷提高以及電力電子 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 的發(fā)展 電氣傳動(dòng)領(lǐng)域出現(xiàn)了以微機(jī)為核心的數(shù)字控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)的發(fā)展可 以使復(fù)雜的控制規(guī)律較方便的實(shí)現(xiàn) 以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)字控制技術(shù)成為自控 領(lǐng) 域的主流 也給直流電氣傳動(dòng)的發(fā)展注入了新的活力 使電氣傳動(dòng)進(jìn)入了更新 的發(fā)展階段 2 第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案 2 1 概述 本次設(shè)計(jì)主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí) 設(shè)計(jì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 并在實(shí) 踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練 能夠較全面地鞏固和應(yīng)用 微型計(jì)算機(jī)控 制技術(shù) 課程中所學(xué)的基本理論和基本方法 并初步掌握小型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本 方法 2 2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 圖 2 2 是基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的基本組成方框 主要由測(cè)速發(fā)電機(jī) 電 機(jī) 矩陣鍵盤(pán) LCD 12864 單片機(jī) 89C51 組成 測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓的大 小反映機(jī)械轉(zhuǎn)速的高低 并將該模擬量入如 A D 轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)給單片機(jī) 單片機(jī) 89C51 是該系統(tǒng)的核心部分 一方面負(fù)責(zé)計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速 另一方面將計(jì)算 得到的轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速相比較 經(jīng)過(guò)計(jì)算處理 得到相應(yīng)的控制信號(hào) 并用該信號(hào) 傳入 D A 轉(zhuǎn)換器 再傳入晶閘管調(diào)壓器控制控制電壓從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速 通過(guò)鍵盤(pán) 可以設(shè)定工作模式 通過(guò)輸入設(shè)定轉(zhuǎn)速 單片機(jī)自動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速 使其接近設(shè)定 值 設(shè)定轉(zhuǎn)速 由單片機(jī)檢測(cè)哪一個(gè)按鍵按下 實(shí)現(xiàn)設(shè)定值的修改 并通過(guò) LCD 實(shí) 時(shí)顯示設(shè)定值以及測(cè)得轉(zhuǎn)速 電機(jī) 測(cè)速發(fā)電機(jī)單片機(jī)D A 轉(zhuǎn)換器 LCD A D 轉(zhuǎn) 換 器 鍵盤(pán) 晶閘管 圖 2 2 系統(tǒng)框圖 3 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 3 1 控制器 采用AT89C51作為系統(tǒng)控制的方案 AT89C51單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng) 軟 件編程靈活 自由度大 可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制 相對(duì)于FPGA來(lái) 說(shuō) 它的芯片引腳少 在硬件很容易實(shí)現(xiàn) 并且它還具有功耗低 體積小 技術(shù)成 熟和成本低等優(yōu)點(diǎn) 在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛 3 2 測(cè)速發(fā)電機(jī) 采用 ZYS 型直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與普通小微型直流發(fā)電 機(jī)相同 通常是兩極電機(jī) 分為他勵(lì)式和永磁式兩種 他勵(lì)式測(cè)速發(fā)電機(jī)的磁極由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成 在勵(lì)磁繞組中通入直流電流 便可以建立極性恒定的磁場(chǎng) 它的勵(lì)磁繞組電阻會(huì)因電機(jī)工作溫度的變化而變化 使勵(lì)磁電流及其生成的磁通隨之變化 產(chǎn)生線(xiàn)性誤差 永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)的磁極由永久磁鐵構(gòu)成 不需勵(lì)磁電源 磁極的熱穩(wěn)定性較 好 磁通隨電機(jī)工作溫度的變化而變化的程度很小 但易受機(jī)械振動(dòng)的影響而引發(fā) 不同程度的退磁 3 3 A D 轉(zhuǎn)換和 D A 轉(zhuǎn)換器 該模塊 A D 轉(zhuǎn)換選用 ADC0809 是 M 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道 8 位逐次逼近式 A D 轉(zhuǎn)換器 其內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開(kāi)關(guān) 它可以根據(jù)地 址碼鎖存譯碼后的信號(hào) 只選通 8 路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換 是目前 國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的 8 位通用 A D 芯片 DAC0832 是 8 分辨率的 D A 轉(zhuǎn)換集成芯片 與微處理器完全兼容 這個(gè) DA 芯 片以其價(jià)格低廉 接口簡(jiǎn)單 轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛 的應(yīng)用 D A 轉(zhuǎn)換器由 8 位輸入鎖存器 8 位 DAC 寄存器 8 位 D A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn) 換控制電路構(gòu)成 3 4 晶閘管整流控壓 本設(shè)計(jì)采用三相全控橋式整流電路 由一組共陰極接法的三相半波可控整流電 4 路和一組共陽(yáng)極接法的三相半波可控整流電路串聯(lián)而成 如圖 3 4 所示 如圖 3 4 三相橋式全控整流電路 三相全控橋式整流電路要求用雙窄脈沖觸發(fā) 即用兩個(gè)間隔 60 的窄脈沖去觸 發(fā)晶閘管 產(chǎn)生雙脈沖的方法有兩種 一種是每個(gè)觸發(fā)電路在每個(gè)周期內(nèi)只產(chǎn)生一 個(gè)脈沖 脈沖輸出電路同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)橋臂的晶閘管 這叫外雙脈沖觸發(fā) 另一種 是每個(gè)觸發(fā)電路在一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)發(fā)出兩個(gè)相隔 60 的窄脈沖 脈沖輸出電路只 觸發(fā)一個(gè)晶閘管 這稱(chēng)為內(nèi)雙脈沖觸發(fā) 內(nèi)雙脈沖觸發(fā)是目前應(yīng)用最多的一種觸發(fā) 方式 本設(shè)計(jì)采用 KC04 與 KC41C 組合的觸發(fā)電路如圖 3 4 1 所示觸發(fā)電路 5 3 4 1 KC04 與 KC41C 組成的全控橋觸發(fā)電路 3 5 鍵盤(pán)模塊 本次設(shè)計(jì)中采用的 4 4 的非編碼鍵盤(pán) 矩陣式非編碼鍵盤(pán)的電路原理圖如圖 3 4 所示 當(dāng)沒(méi)有鍵按下時(shí) 行線(xiàn)和列線(xiàn)之間是不相連 若第 N 行第 M 列的鍵被按 下 那么第 N 行與第 M 列的線(xiàn)就被接通 如果在行線(xiàn)上加上信號(hào) 根據(jù)列線(xiàn)的狀態(tài) 便可得知是否有鍵按下 如果在行線(xiàn)上逐行加上一個(gè)掃描信號(hào) 本實(shí)驗(yàn)中用的低電 平 就可以判斷按鍵的位置 常用的按鍵識(shí)別有兩種方法 一種是傳統(tǒng)的行掃描法 另一種是速度較快的線(xiàn)反轉(zhuǎn)法 本實(shí)驗(yàn)中采用的是線(xiàn)反轉(zhuǎn)法進(jìn)行識(shí)鍵 鍵盤(pán)在單片機(jī)系統(tǒng)中是一個(gè)很重要的部件 為了輸入數(shù)據(jù) 查詢(xún)和控制系統(tǒng)的 工作狀態(tài) 都要用到鍵盤(pán) 鍵盤(pán)是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的主要手段 鍵盤(pán)可分為編碼和非編碼鍵盤(pán)兩種 編碼鍵盤(pán)采用硬件線(xiàn)線(xiàn)路來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)編碼 每按下一個(gè)鍵 鍵盤(pán)能自動(dòng)生成按鍵代碼 鍵數(shù)較多 而且還具有去抖動(dòng)功能 這 種鍵盤(pán)使用方便 但硬件較復(fù)雜 PC 機(jī)所用的鍵盤(pán)就屬于這種 非編碼鍵盤(pán)僅提供 按鍵開(kāi)關(guān)工作狀態(tài) 其他工作由軟件完成 這種鍵盤(pán)鍵數(shù)較少 硬件簡(jiǎn)單 一般在 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用 3 6 顯示器 液晶顯示模塊 LCD12864 由于其具有功耗低 無(wú)電磁輻射 壽命長(zhǎng) 價(jià)格低 接口方便等一系列顯著優(yōu)點(diǎn) 被廣泛應(yīng)用與各種儀表儀器 測(cè)量顯示裝置 計(jì)算機(jī) 顯示終端等方面 12864 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊 可顯示漢字及圖形 內(nèi)置 8192 個(gè)中文漢字 16X16 點(diǎn)陣 128 個(gè)字符 8X16 點(diǎn)陣 及 64X256 點(diǎn)陣顯示 RAM GDRAM 主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性 電源 VDD 3 3V 5V 內(nèi)置升壓電路 無(wú)需負(fù)壓 顯示內(nèi)容 128 列 64 行 顯示顏色 黃綠 顯示角度 6 00 鐘直視 LCD 類(lèi)型 STN 與 MCU 接口 8 位或 4 位并行 3 位串行 配置 LED 背光 多種軟件功能 光標(biāo)顯示 畫(huà)面移位 自定義字符 睡眠模式等 6 3 7 整體結(jié)構(gòu)原理圖 整體原理圖如圖 3 7 所示 EA VPP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RST 9 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 AD0 P0 0 39 AD1 P0 1 38 AD2 P0 2 37 AD3 P0 3 36 AD4 P0 4 35 AD5 P0 5 34 AD6 P0 6 33 AD7 P0 7 32 A8 P2 0 21 A9 P2 1 22 A10 P2 2 23 A11 P2 3 24 A12 P2 4 25 A13 P2 5 26 A14 P2 6 27 A15 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 TXD P3 1 11 RXD P3 0 10 GND 20 VCC 40 AT89C51 5V 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 LCD IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 EOC 7 D3 8 OE 9 CLK 10 VCC 11 VREF 12 GND 13 D1 14 D2 15 VREF 16 D0 17 D4 18 D5 19 D6 20 D7 21 ALE 22 ADD C 23 ADD B 24 ADD A 25 IN0 26 IN1 27 IN2 28 U ADC0809 VREF 8 RFB 9 GND 10 IOUT1 11 IOUT2 12 DI7 13 DI6 14 DI5 15 DI4 16 DI0 7 CS 1 WR1 2 GND 3 DI3 4 DI2 5 DI1 6 XFER 17 WR2 18 ILE 19 VDD 20 U DAC0832 動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng) 動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng) 3 7 整體原理圖 7 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 4 1 主流程設(shè)計(jì) 在一個(gè)完整的系統(tǒng)中 只有硬件部分是不能完成相應(yīng)設(shè)計(jì)任務(wù)的 所以在該系 統(tǒng)中軟件部分是非常重要的 按照要求和系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程設(shè)計(jì)出主程序流程如圖4 1 所示 開(kāi)始 定時(shí)器初始化 鍵盤(pán)選擇工作模式 是否啟動(dòng)電機(jī) 顯示信息 刷新顯示 進(jìn)行鍵盤(pán)掃描 按鍵功能判斷 更新控制并清除標(biāo)志位 是 圖 4 1主流程圖 是 8 4 2 按鍵功能部分 該部分首要任務(wù)是判定到底是哪個(gè)按鍵按下 然后實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能 如果是 11 號(hào) 鍵按下 則工作模式設(shè)定為自動(dòng)模式 可以通過(guò) 0 9 的數(shù)字鍵來(lái)更改設(shè)定速度 由 單片機(jī)通過(guò) PID 算法來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速接近設(shè)定值 如果是 12 號(hào)鍵按下 則工作模式 設(shè)定為手動(dòng)模式 可以通過(guò) 0 9 的數(shù)字鍵來(lái)直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速 4 3 PID 控制部分 如圖 4 3 給出了數(shù)字 PID 增量控制算法的流程圖 利用增量控制算法也可得出 位置控制算法 即 這便是位 2 1 1 210 keqkeqkeqkukuku 置型控制算式的遞推算法 其流程和增量型算法類(lèi)似 稍加修改即可 離線(xiàn)計(jì)算 q0 q1 q2 求 e k r k y k e k 2 e k 1 e k 1 e k 將輸給 D A ku 將 A D 結(jié)果賦給 y k 計(jì)算控制增量 ku ku ku ku ku ku ku ku 采樣時(shí)刻到否 A D D A 被控對(duì)象 是 否 圖 4 3 PID 控制算法流程圖 9 4 4 參數(shù)確認(rèn) 106 0 11 0 1 1 1 21 0 SSSTST k SG TI 0 1 T2 0 06 得 通常取 3 0 010 YtYst18 0 1 通常取 7 0 020 YtYst45 0 2 1ln 1ln 2010 12 0 tyty tt T 8473 0 12 tt 根據(jù)上式確認(rèn) 0 T 0 58s 0 T 0 159s 求得數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器控制參數(shù) 15 0 2 01 37 0 096 0 6 01 5 0 5 2 4 1 27 0 35 1 1 0 0 0 0 2 00 01 0 0 T T TT T TT TT T K K D P 據(jù)上式確認(rèn)數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器控制參數(shù) 8473 0 3567 020 1 1ln 1ln 1ln 1ln 21 2010 201102 tt tyty tyttynt 10 4 5 LCD 顯示部分 其工作流程為先向 LCD 發(fā)送控制命令 再傳送待顯數(shù)據(jù) 最后刷新屏幕 其流 程圖如圖 4 5 所示 入口 發(fā)送命令 延時(shí) 發(fā)送數(shù)據(jù) 延時(shí) 顯示 返回 圖 4 5 LCD 顯示函數(shù)流程圖 11 第 5 章 實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果 通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn) 輸入已經(jīng)確定的 Kp 1 4 T1 0 096 Td 0 15 得到如圖 5 1 所示 圖 5 1 實(shí)驗(yàn)圖像 超調(diào)量 297 2000 14 小于 20 符合設(shè)計(jì)要求 12 第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 這次課程設(shè)計(jì)結(jié)束 感謝遼寧工業(yè)大學(xué)給我這個(gè)鍛煉的機(jī)會(huì) 感謝王老師給的 指導(dǎo) 剛開(kāi)始做設(shè)計(jì)的時(shí)候覺(jué)得無(wú)從下手 后來(lái)通過(guò)老師的指導(dǎo)慢慢的進(jìn)入了狀態(tài) 看書(shū)查找資料 在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn) 過(guò)程中出現(xiàn)了很多的問(wèn)題 經(jīng)過(guò)老師和同學(xué)的幫 助終于克服了 13 參考文獻(xiàn) 1 趙新民 智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2009 42 56 2 程德福 智能儀器 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2009 9 101 130 3 張毅剛 單片機(jī)原理及接口技術(shù) M 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2007 55 66 4 胡文金 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程 重慶 重慶大學(xué)出版社 2005 5 21 5 梁森 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2009 32 33 14 部分程序 PID 算法程序 include include include void PIDInit PID PP 定義結(jié)構(gòu)體和公用體 define N 8 typedef struct PID unsigned int setpoint 設(shè)定值 unsigned int proportion 比例系數(shù) unsigned int integral 積分系數(shù) unsigned int derivative 微分系數(shù) unsigned int lasterror 前一拍誤差 unsigned int preerror 前兩拍誤差 PID union stu unsigned int value unsigned char num 2 laser union dat unsigned char dd 2 unsigned int number collect 函數(shù)聲明部分 unsigned int PIDcal PID pp int thiserror void PIDInit PID PP void PortInit void unsigned int get ad void 15 unsigned int filter valve void void Delayms void 主函數(shù)部分 void main void PID vPID 定義結(jié)構(gòu)體變量名 unsigned int verror unsigned int Error unsigned int tempi unsigned char LASERH LASERL 誤差的高低字節(jié)變量 WDTCN 0 xde WDTCN 0 xad portinit PIDInit vPID proportion 10 設(shè)置 PID 比例系數(shù)為 10 vPID integral 10 設(shè)定 PID 積分系數(shù) 為 10 vPID derivative 10 設(shè)定 PID 微分系數(shù)為 10 vPID setpoint 50 根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定 IE 0 x80 while 1 verror filter valve 得到 AD 的濾波輸出值 Error vPID setpoint verror 得到誤差值 tempi PIDcal 調(diào)用 PID 算法函數(shù) 得到誤差增量 laser value tempi LASERH laser num 0 value 與 num 2 為共同體 變量名為 laser LASERL laser num 1 存放高低字節(jié) 16 PID 算法函數(shù) 返回誤差增量 unsigned int PIDcal PID pp int thisError unsigned int pError dError iError unsigned int templ pError thisError pp lasterror iError thisError dError thisError 2 pp lasterror pp preerror templ pp proportion pError pp integral iError pp derivative dError 增 量計(jì)算 pp preerror pp lasterror 存放誤差用于下次運(yùn)算 pp lasterror thisError return int templ 8 測(cè)量值 float measure void 已知 A B 角為銳角 COSA 1 7 SIN A B 14 分之 5 倍根號(hào) 3 long float value 求 COSB float A B A acos 1 7 B asin 5 14 sqrt 3 A if 0 A pi 2 得到 ADC 轉(zhuǎn)換值 unsigned int get ad void while AD0INT 0 AD0INT 0 collect dd 1 ADC0H 17 collect dd 0 ADC0L return collect number void Timer3 ISR void interrupt 14 TMR3CN 0 x7f AMUX0SL 0 x00 AD0BU